航天產(chǎn)品QFP封裝器件手工返修技術(shù)探討

任龍泉

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽(yáng)，550009)

航天產(chǎn)品QFP封裝器件手工返修技術(shù)探討

任龍泉

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽(yáng)，550009)

QFP封裝器件由于體積小、重量輕、成本低并且具有優(yōu)異的電性能和熱性能，在航天軍工產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用。本文針對(duì)印制板中QFP封裝器件的返修問題，介紹了一種既簡(jiǎn)單而又可靠的手工返修方法，文中首先對(duì)QFP封裝器件的特點(diǎn)做了介紹，然后分別對(duì)器件拆除、QFP引腳焊端處理、手工焊接等幾個(gè)重要的返修環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)探討。

QFP;SMT;焊接;返修

1 引言

QFP(Quad Flat Package)即四側(cè)引腳扁平封裝是指外形為正方形或矩形，四邊具有翼型短引線的薄形封裝形式。它是適應(yīng)IC內(nèi)容增多和I/O數(shù)量增多而出現(xiàn)的一種新型的封裝形式。由于它的體積小、重量輕、成本低并且具有優(yōu)異的電性能和熱性能，在航天軍工產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用，很好地滿足了軍工產(chǎn)品小型化和輕量化的發(fā)展需求。為了保證含有集成電路的印制板的裝配質(zhì)量，特別是QFP封裝器件的焊接質(zhì)量成為電子產(chǎn)品裝配技術(shù)中的重要課題。在大批量的生產(chǎn)中，SMT(表面貼裝技術(shù))一般采用焊膏絲印、貼片、回流焊接、在線檢測(cè)和返修工作站返修的工藝流程。但在小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)及PCB的調(diào)試和維修中，由于無(wú)法承受焊膏絲印所用模板的制作費(fèi)用和購(gòu)買絲印機(jī)、貼片機(jī)、回流焊機(jī)等一套設(shè)備的昂貴費(fèi)用，通常不采用上述工藝流程。而且軍工單位由于技術(shù)的保密性通過外協(xié)加工的方法也不可取。所以對(duì)于QFP封裝器件的手工焊接與返修探索出一套簡(jiǎn)單易操作且可靠性較高的方法是很有必要的。

2 QFP封裝器件簡(jiǎn)介

2.1 QFP特點(diǎn)簡(jiǎn)介

QFP器件的主要優(yōu)點(diǎn)是:四邊具有外露的“翼(L)型”引腳，引腳的彈性韌性較好，焊接應(yīng)力易釋放，與PCB匹配性好，可靠性較高;封裝外形尺寸較小，寄生參數(shù)較小，適合高頻應(yīng)用;重量輕，適合于便攜式產(chǎn)品中的運(yùn)用;屬于表面貼裝器件。其缺點(diǎn)是引腳共面性差，很容易彎曲變形;容易靜電損傷。

2.2 QFP的種類簡(jiǎn)介

按封裝的基材分類有陶瓷、金屬和塑料三種，其中塑料封裝應(yīng)用最多。按引腳的中心距離分類有1.0mm、0.8mm、O.65mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm等多種規(guī)格。根據(jù)封裝本體厚度又分為QFP(2.0～3.6mm厚)、LQFP(Low Profile Quad Flat Package，1.4mm厚)即小型四邊引腳扁平封裝和TQFP(Thin Quad Flat Package，1.0 mm厚)即薄型四邊引腳扁平封裝3種。QFP器件的封裝外形如下圖所示:

圖1 QFP器件的封裝外形圖

2.3 QFP焊接的接收標(biāo)準(zhǔn)

QFP的引腳連接了器件和PCB基板，既承擔(dān)了電氣連接作用，也起到了機(jī)械連接作用，因此對(duì)引腳焊接的可靠性問題成為了電子產(chǎn)品裝配質(zhì)量的關(guān)鍵。IPC－A－610D(電子組件的可接受性)對(duì)扁平翼型引腳器件的焊點(diǎn)接收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了定義，良好的翼型引腳器件的焊點(diǎn)要求是引腳無(wú)側(cè)面偏移，引腳末端連接寬度等于或大于引腳寬度，沿整個(gè)引腳長(zhǎng)度可見潤(rùn)濕的填充，并且引腳根部和趾部有良好潤(rùn)濕角，對(duì)于底部有接地要求的還應(yīng)良好接地，不能有大面積的空洞。

3 QFP器件手工返修的實(shí)現(xiàn)過程

QFP器件手工返修的過程主要包括器件手工拆除、QFP引腳焊端處理、焊盤清理、手工焊接等幾個(gè)步驟。下面就對(duì)這幾個(gè)步驟一一進(jìn)行介紹。

3.1 器件拆除

在所有引腳上涂上松香助焊劑，以便于清除焊錫。將引腳上焊錫用電烙鐵加熱吸錫繩的方法盡可能多地去掉，注意不要因長(zhǎng)時(shí)間的加熱而燒焦PCB板。

剪一段長(zhǎng)約20cm截面積為AFR－200－0.1的導(dǎo)線，剝?nèi)ソ^緣層，將它從QFP引腳的下面穿過，導(dǎo)線的一端用焊錫固定在附近的一個(gè)過孔或元件上。用鑷子拽住導(dǎo)線的另一端，使導(dǎo)線緊靠在器件上，如圖2所示。

圖2 導(dǎo)線穿過器件引腳的示意圖

從離鑷子最近的一端開始用電烙鐵加熱引腳。當(dāng)焊錫熔化時(shí)，輕輕地用一個(gè)小的向上的角度向QFP外側(cè)試著拉動(dòng)導(dǎo)線，同時(shí)向右逐腳移動(dòng)烙鐵，注意拉力不要過大;當(dāng)焊錫熔化時(shí)再拉，否則會(huì)使走線脫落。不要在任何引腳上過分加熱，加熱第一個(gè)引腳所需的時(shí)間稍長(zhǎng)，當(dāng)導(dǎo)線變熱后，其它引腳上的焊錫會(huì)快速熔化，通過多次試驗(yàn)得知，從一個(gè)144腳的TQFP拆除36個(gè)引腳共需約20秒鐘。引腳過熱的現(xiàn)象是:IC器件的塑殼熔化;PCB焊盤翹起;PCB板上有燒焦的痕跡。當(dāng)一邊完成后用同樣的操作過程完成另三邊引腳的拆除。

3.2 QFP引腳焊端處理

用電烙鐵加熱吸錫繩，將引腳焊端上的焊錫去掉，用防靜電的鑷子對(duì)元器件的引腳逐一進(jìn)行校正，然后用烙鐵對(duì)它進(jìn)行搪錫。搪錫時(shí)，烙鐵的溫度一般設(shè)為260℃左右，方法是先在器件的焊端涂上一層助焊劑，并將烙鐵頭擦拭干凈，在烙鐵頭上沾適量焊錫。輕輕地沿著引腳排列方向拖動(dòng)，在每一個(gè)引腳上形成一個(gè)漂亮的中間高四邊稍低的焊點(diǎn)。搪完錫后，用沾了無(wú)水乙醇的無(wú)塵布對(duì)引腳進(jìn)行清洗。

3.3 焊盤清理

清洗焊盤的目的是使它們變得平整，沒有殘錫或松香焊劑。方法是現(xiàn)將適量的松香焊劑涂在較粗的吸錫繩，并置于待清理的焊盤上，電烙鐵加熱吸錫繩，將焊盤上多余的焊錫去除。然后用溶劑清洗，操作時(shí)注意不要大面積的擦拭，以防殘留的助焊劑隨無(wú)水乙醇流到周邊器件處，將其它焊點(diǎn)污染。同時(shí)，在清理焊盤時(shí)，要小心避免PCB上焊盤的脫落，走線的脫落或QFP器件的熱損耗。

3.4 手工焊接

器件引腳與焊盤對(duì)中。用鑷子小心的將新的QFP器件放到PCB上，用一個(gè)小鋤或類似的工具推動(dòng)器件，使其與焊盤對(duì)齊并保證器件的放置方向是正確的。

器件定位。將烙鐵尖上沾上少量的焊錫，用一個(gè)小鋤或其它帶尖的工具向下按住已對(duì)準(zhǔn)位置的QFP，在器件的兩個(gè)對(duì)角位置的引腳上加少量的焊劑，并對(duì)其進(jìn)行焊接使QFP位置固定。

器件焊接。將所有的引腳涂上助焊劑，使引腳保持濕潤(rùn)，在烙鐵尖上加上焊錫，用烙鐵尖接觸每個(gè)QFP引腳的末端，直到看見焊錫流入引腳，重復(fù)焊接所有引腳。注意:在焊接時(shí)，要保持烙鐵尖與被焊引腳并行，防止因焊錫過量發(fā)生搭接。用吸錫繩吸掉引腳上多余的焊錫，以消除任何短路或橋連。

圖3 焊接時(shí)烙鐵尖與器件引腳的位置示意圖

3.5 焊點(diǎn)的檢驗(yàn)與清洗

用10倍放大鏡檢查引腳是否有短路或橋連的情況。檢查完成后，清除電路板上的焊劑，用軟毛刷攢酒精沿引腳方向擦拭直到將焊劑清洗干凈為止，最后待自然晾干后放入干燥箱焙烘，溫度控制在60℃～80℃，時(shí)間為30～60分鐘。

4 影響手工返修質(zhì)量的原因分析

4.1 靜電防護(hù)

在靜電防護(hù)方面，必須按要求做好防靜電措施。一般QFP器件都是靜電敏感器件，對(duì)靜電防護(hù)級(jí)別較高。在受靜電損傷后，其性能會(huì)有所下降，某種特定的條件下會(huì)導(dǎo)致器件失效。因此，在進(jìn)行焊接前，必須按靜電敏感器件存放要求。存取工具必須采取防靜電鑷子，操作工人須佩戴防靜電手腕，在測(cè)試、安裝器件時(shí)必須在防靜電工作臺(tái)上進(jìn)行，且所有的焊接設(shè)備要保證良好的接地，對(duì)防靜電措施如溫控烙鐵、靜電腕帶以及加熱臺(tái)的接地情況等進(jìn)行檢查，確認(rèn)符合要求后再進(jìn)行相關(guān)操作等等。

4.2 引腳共面性

QFP器件是一種高度的溫度敏感器件，所以必須在恒溫干燥的條件下保存。一般來(lái)說(shuō)，理想的存放環(huán)境為20℃～25℃，相對(duì)濕度小于10%RH。大多數(shù)情況下，在裝配的過程中，密封的防潮包裝打開后應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行安裝和焊接。返修前，按要求對(duì)PCB和QFP器件預(yù)烘以去除潮氣。這些都是影響器件引腳共面性的因素。

4.3 焊錫量

手工搪錫時(shí)，要控制好烙鐵頭上適當(dāng)?shù)暮稿a量。因?yàn)樘鄷?huì)在焊接時(shí)引發(fā)橋連，太少又有可能造成虛焊。

4.4 焊接溫度

焊接時(shí)，還應(yīng)注意根據(jù)PCB材料及其厚度的不同對(duì)焊接設(shè)置溫度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。因?yàn)椴煌腜CB材料以及厚度，對(duì)熱的反應(yīng)是不同的，一般為260℃左右。

4.5 焊盤設(shè)計(jì)

QFN器件焊盤的設(shè)計(jì)對(duì)手工焊接的質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生很大的影響。若焊盤的尺寸與器件的引腳匹配性不是很好，就很容易造成橋連。

5 結(jié)束語(yǔ)

在條件允許的條件下，大批量的生產(chǎn)采用工藝先進(jìn)的回流焊設(shè)備對(duì)QFP等表面貼裝器件進(jìn)行焊接是一種最理想的焊接方式。采用手工的方法對(duì)QFP器件的焊接與返修，受人為的因素影響較大，要求工人有一定的操作技巧，要做到準(zhǔn)、快、穩(wěn)。但在最近幾年，我公司某些組件產(chǎn)品的研制和調(diào)試過程中，經(jīng)過不斷的摸索和試驗(yàn)，驗(yàn)證了這些方法也能滿足航天軍工產(chǎn)品高可靠性的要求。

［1］ 陰建策.QFN封裝器件的手工焊接與返修［A］，2011年機(jī)械電子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集［C］，2011年.

［2］ 吳軍.航天產(chǎn)品新型QFP器件高可靠性返修［J］，電子工藝技術(shù)，2009，30(6):338－341.

10.3969/j.issn.1000－6133.2015.03.008

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2015－05－17

工藝與材料